공랭식 스크류 냉동기 (Air Cooled Screw Chiller)

공랭식 스크류 냉동기는 압축기(Compressor)로 스크류(Screw) 방식을 채택하고, 응축기(Condenser)의 냉각 매체로 공기(Air)를 사용하는 냉각 설비이다. 별도의 냉각탑(Cooling Tower)이 필요하지 않아 설치가 간편하며, 중대형 건물의 냉난방 및 산업용 공정 냉각에 널리 사용된다.

 

 

 

공랭식 스크류 냉동기 (Air Cooled Screw Chiller)

주요 구성 요소 및 기능 (Main Components)

• 스크류 압축기 (Screw Compressor): 두 개의 로터(Male & Female Rotor)가 맞물려 회전하며 냉매 가스를 압축한다. 왕복동 방식보다 진동이 적고 효율이 높다.
• 공랭식 응축기 (Air Cooled Condenser): 핀-튜브(Fin-Tube) 열교환기와 송풍기(Fan)로 구성되며, 주위 공기를 강제 순환시켜 냉매의 열을 대기로 방출한다.
• 증발기 (Evaporator): 주로 쉘-앤-튜브(Shell & Tube) 또는 판형(Plate) 타입을 사용하며, 냉매가 증발하면서 냉수(Chilled Water)의 열을 흡수한다.
• 팽창 밸브 (Expansion Valve): 고압의 액체 냉매를 교축(Throttling)시켜 압력과 온도를 낮춘다.

 

 

작동 사이클 (Refrigeration Cycle)

냉동기의 운전은 다음의 4단계 사이클을 반복한다.

1. 압축 (Compression): 증발기에서 나온 저압 기체 냉매를 스크류 로터로 압축하여 고온·고압 상태로 만든다.
2. 응축 (Condensing): 고온의 냉매 가스가 응축기 핀을 통과할 때, 팬(Fan)에 의해 유입된 공기가 열을 빼앗아 냉매를 액화시킨다. Qₒᵤₜ = mₐ * Cₚₐ * (Tₒᵤₜ - Tᵢₙ) (mₐ: 공기 질량 유량, Cₚₐ: 공기 비열, T: 공기 온차)
3. 팽창 (Expansion): 액체 냉매가 팽창 밸브를 지나며 급격히 압력이 낮아지고 저온 상태가 된다.
4. 증발 (Evaporation): 저온 냉매가 증발기 내에서 냉수로부터 열을 흡수하여 기화하며, 이 과정에서 차가워진 냉수가 공정이나 부하처로 공급된다.

 

 

장점 및 단점 (Pros and Cons)

구분	내용
장점	냉각탑 및 냉각수 펌프가 불필요하여 설치 공간과 비용이 절감됨. 수처리가 간편하고 동절기 동파 위험이 상대적으로 적음.
단점	외기 온도(Tₐ)의 영향을 많이 받으며, 수랭식에 비해 응축 효율이 낮아 전력 소비량이 많음. 대형 팬 가동에 따른 소음 발생.

 

 

PSM 및 안전 관리 점검 항목

공정 안전 관리(PSM) 측면에서 공랭식 스크류 냉동기 운전 시 다음 사항을 중점 관리한다.

• 고압 차단 스위치 (HPS): 외기 온도가 너무 높거나 응축기 핀(Fin) 오염 시 압력이 급증하므로, 설정 압력(Pₛ)에서 압축기가 정지하는지 확인한다.
• 냉수 흐름 스위치 (Flow Switch): 증발기 내 냉수 흐름이 끊기면 동파(Freezing)로 인한 튜브 파손 위험이 있으므로 인터록(Interlock) 상태를 점검한다.
• 오일 관리: 스크류 압축기는 오일이 밀폐와 윤활 기능을 동시에 수행하므로, 오일 세퍼레이터(Oil Separator)의 효율과 오일 히터(Oil Heater) 작동 여부를 관리한다. ΔP_filter = Pᵢₙ - Pₒᵤₜ (오일 필터 전후단 차압 모니터링)